工業和汽車等應用正在加速向48 V供電系統過渡，這一趨勢的背后是48 V架構在效率、功率密度和系統性能上的顯著優勢。相較于傳統的12 V供電系統，48 V架構能夠在相同功率下大幅降低電流，從而減少布線中的能量損耗，并允許使用更細、更輕的導線，降低系統成本和重量。除此之外，48 V架構能夠為高功率需求的設備提供更強的電力支持，滿足現代工業設備對高性能和復雜功能的需求。

近日，慧能泰推出了首款多功能DC-DC數字電源控制器——HP1000。它專為高密度、高效DC-DC電源轉換而設計，配備符合PMBus 1.2版標準的接口。該器件提供先進的電源控制解決方案，主要面向典型為48 V輸入的隔離式和非隔離式DC-DC次級側應用，涵蓋閉環隔離拓撲（如全橋變換器、半橋變換器、有源鉗位正激變換器、推挽變換器等）、開環隔離拓撲（如開環LLC變換器，中間母線電源IBC）、多相交錯降壓變換器、混合開關電容變換器（Hybrid Switched-capacitor Converters)等場景。

在AI服務器與機器人技術爆發式發展的驅動下，48 V電源架構正成為高功率密度場景的必然選擇。通過四倍電壓提升，電流銳減至原有水平的四分之一，傳輸損耗大幅減低，從根本上突破傳輸損耗與散熱瓶頸，實現能效的跨越式升級。借助HP1000數字電源控制器，新型拓撲技術（如混合開關電容架構）深度融合電容儲能與高頻開關特性，在超高降壓比場景下達成效率與功率密度的雙重突破。而采用HP1000控制基于氮化鎵（GaN）的多相交錯變換器為實現更小體積、更高效率提供了可能。

HP1000具備廣泛編程能力，包括集成高性能數字補償器，支持快速輸入電壓前饋，支持多種PWM輸出類型及時序配置，恒流模式，以及軟啟動/停止序列與同步功能。此外，其還提供靈活的保護特性，包括過壓保護（OVP）、短路保護（SCP）、反向電流保護（RCP）和過溫保護（OTP），致力于打造可靠的電源管理方案。

HP1000采用直觀的用戶可編程界面，無需工程師具備軟件知識，硬件工程師就能直接監控電源的各個狀態，同時可以靈活修改各項電源配置（包括環路），以快速定位問題與進行性能優化。采用圖形化的界面配置，可以大大提升產品推出速度。

HP1000可廣泛應用于隔離或非隔離DCDC磚模塊電源，中間母線電源轉換器，通訊電源，工業智能電源系統等場景。HP1000提供4mm x 4mm QFN-24L封裝。

圖1：HP1000 QFN-24L封裝及引腳定義圖

HP1000芯片特性?

? 多功能電壓模式數字控制器

? ?40°C到+125°C運行溫度范圍

? 符合PMBus Revision 1.2通訊接口，支持PEC和自定義擴展指令

? 最大6路可編程PWM輸出，312.5 ps等效分辨率

– 可編程開關頻率范圍50 kHz到1 MHz

– 針對開環LLC應用支持可編程多段占空比和開關頻率的軟啟動

– 頻率同步

– PWM1/2支持HiZ模式

? 高速電壓采樣ADC

– 獨立的50 MHz跟蹤型ADC分別用于輸入電壓和輸出電壓采樣

– 采樣范圍0到1.6 V

– 支持副邊整流后電壓作為輸入電壓采樣

? 高速電流采樣ADC

– 獨立的25 MHz Σ-Δ ADC分別用于原邊電流和輸出電流采樣

– 支持原邊逐周期峰值電流快速保護

– 支持副邊逐周期峰值電流快速保護

– 支持副邊同步整流管等效二極管模式

? 高性能環路控制

– 高性能數字環路補償器

– 支持雙采樣雙更新

– 高速輸入電壓前饋控制

– 預偏置啟動

– 副邊同步整流管DCM模式控制

? 其他功能

– 獨立的25 MHz Σ-Δ ADC用于通用模擬信號采樣，如溫度、PMBus地址檢測等

– 數字被動均流

– IMON輸出電流指示

– 外部NTC電阻溫度檢測

– ROV冗余輸出電壓過壓保護

– 豐富、靈活、可獨立編程的故障檢測和保護機制

– 支持4個可編程通用IO

– 可兼容DOSA模擬Trim功能

? 通過直觀的圖形用戶界面（GUI）進行編程

圖2：HP1000典型應用框圖

01可靈活配置的高性能Type-lll數字補償器

HP1000集成了可靈活配置零極點的高性能Type-III數字補償器，對差分輸出電壓VS±信號通過高速跟蹤型ADC的進行采樣、濾波后進入環路運算，可有效降低系統擾動對高速環路控制的影響。同時，HP1000支持雙采樣雙更新模式，有效降低控制延遲、提高系統帶寬和相位裕度。

圖3是輸入電壓48 V，輸出電壓12 V，負載20 A時，使能雙采樣雙更新模式，穿越頻率16.3 kHz, 相位裕度67.8°，增益裕度10.6 dB。

圖3：閉環傳遞函數bode圖，雙采樣雙更新使能

圖4是相同條件下關閉雙采樣雙更新模式，穿越頻率10.7 kHz, 相位裕度59.5°，增益裕度10.75 dB。

圖4：閉環傳遞函數bode圖，雙采樣雙更新關閉

02高速輸入電壓前饋

HP1000通過高速跟蹤型ADC，支持對輸入電壓進行直接采樣（GPA模式）或副邊整流電壓采樣（VRS模式）。在變壓器隔離的硬開關橋式拓撲應用中，通過VRS模式副邊整流電壓的平臺電壓進行采樣，可實時參與輸入電壓前饋計算，從而使輸出的PWM脈寬實時跟隨輸入電壓變化。

圖5：通過VFF的VRS采樣模式對輸入電壓進行實施檢測與輸入電壓前饋計算

圖6：輸出電流20 A, 輸入電壓從36 V 到75 V跳變 (< 10 μs)，斜率6 V/μs

C1: VIN; C2: PWM2; C3: Primary Current; C4: VOUT (AC)

03數字電源監控功能

HP1000具備完善的數字電源監控功能（PSU Monitor），主機可通過PMBus接口實時精準獲取電源的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出功率、模塊溫度和故障保護狀態等重要信息，這使得系統管理者可以實時了解電源狀態和安全運行。

圖7：HP1000系統實時監控界面

圖8和圖9為輸出電流和輸出電壓監控測試數據：

圖8：輸出電流監測

圖9：輸出電壓監測

慧能泰同步推出了HP1000 240 W的全橋變換器評估板。該評估板基本參數如下：

輸入電壓：36到75 VDC

輸出電壓：12 VDC

輸出功率：240 W

開關頻率：200 kHz

圖10：采用HP1000的240 W全橋變換器評估板

以下是評估板部分性能測試結果：

圖11：負載調整率

圖12：輸入電壓調整率

圖13：負載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流0到10 A，負載斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

圖14：負載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流10 A到20 A，負載斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

圖15：負載跳變，輸入電壓48 V, 輸出電流0到20 A，負載斜率2.5 A/μs

C1: VOUT (AC); C4: IOUT

圖16：輸出電壓過電壓保護與重啟

C1: VOUT; C4: IOUT

圖17：輸出電流恒定電流以及過流欠壓保護與重啟

C1: VOUT; C4: IOUT

圖18：輸出短路保護與重啟，輸入電壓48 V，輸出端口短路

C1: VOUT; C4: IOUT

從“夠用”到“卓越”，HP1000讓電源設計更簡單、更高效、更智能！

關于慧能泰半導體

深圳慧能泰半導體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術的公司，主要面向智能快充和數字能源領域，提供高性能數模混合芯片產品。公司總部設立在深圳前海，同時在上海、浙江杭州、美國加州設有研發中心。慧能泰的核心研發團隊來自國內外頂尖半導體公司，擁有強大的研發創新能力。公司現已獲多項授權專利，擁有獨立自主知識產權，并于2020年被評為“高新技術企業”，2023年獲評國家級專精特新“小巨人”企業。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態鏈的整體產品布局，開發并量產了多款產品：供電端的多系列PD Source協議芯片，受電端的高性能PD Sink(PD 誘騙芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），線纜端的USB eMarker（電子標簽芯片）。成立以來，慧能泰連續推出多款業界領先的產品并廣受市場歡迎。公司芯片出貨量逾8億顆，標桿性客戶有聯想、小米、三星、HP、貝爾金和努比亞等。同時，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技術，借助自身的技術研發優勢，面向ICT（通信服務器）、數據中心、光伏逆變器、儲能等工業應用，研發數字電源控制芯片、高壓驅動芯片、電源轉換芯片和模塊等產品。

慧能泰半導體肩負著“芯智慧 芯能源，共建綠色未來”的使命，立志成為業界領先的智慧能源控制技術供應商。